大家都知道 “质量守恒定律” 这么一说么?它可是自然界的基本定律之一,简单来说,就是在任何与周围环境隔绝,包含有物质和能量的孤立系统中,系统内不论发生何种变化或过程,其总质量(和能量)不随时间发生变化。是不是听起来有点抽象?别担心,今天咱们就通过一些有趣的例子,一起来深入了解一下这个神奇的定律。

一,化学反应中的质量守恒

1,镁带燃烧后质量为何增加?

我们先来看一个经典的化学实验:镁带在氧气中完全燃烧。实验现象非常明显,镁带剧烈燃烧,发出耀眼的白光,最后生成了白色的氧化镁粉末。但你有没有注意到,生成物氧化镁的质量比原来镁带的质量大。这是为什么呢?根据质量守恒定律,参加反应的镁和氧气的质量之和等于生成氧化镁的质量。在这个反应中,镁带与空气中的氧气发生了化学反应,氧气参与了反应,所以氧化镁的质量是镁带质量与参与反应的氧气质量之和,自然就大于镁带原来的质量啦。

2,高锰酸钾制氧气,质量为何减少?

再来说说另一个实验。某同学用 20g 高锰酸钾加热制取氧气,完全反应后称量剩余固体,质量为 18.4g,质量明显减少了。这其实也符合质量守恒定律。在这个反应中,根据质量守恒定律,参加反应的高锰酸钾的质量等于生成的固体(锰酸钾和二氧化锰)和氧气的质量总和。反应过程中,高锰酸钾分解产生了氧气,氧气是气体,逸散到了空气中。所以我们称量剩余固体时,减少的质量就是氧气的质量,经计算为 20g - 18.4g = 1.6 克。

3,铁钉生锈后质量增加的原因

生活中我们经常会看到铁钉生锈的现象。铁钉生锈后,表面会生成一层铁锈,而且明显感觉它变重了。这一反应是否符合质量守恒定律呢?答案是完全符合。铁钉生锈,实际上是铁与空气中的氧气和水发生了化学反应,生成了铁锈(主要成份是氧化铁)。根据质量守恒定律,生成的铁锈的质量等于参加反应的铁钉和氧气以及水的质量之和。我们在日常观察中,往往只关注到了铁钉本身,没有考虑反应物氧气和水的质量,所以会觉得铁钉生锈后质量增加了。

4,化合物燃烧产物与组成的关系

有一种化合物在空气中完全燃烧后的产物是 CO₂和 H₂O,那我们如何判断该化合物的宏观组成呢?这就需要用到质量守恒定律啦。因为化学反应前后元素的种类不变,燃烧产物 CO₂中含有碳元素和氧元素,H₂O 中含有氢元素和氧元素,而燃烧是化合物与氧气反应,氧气只提供氧元素。所以可以确定该化合物中一定含有碳元素和氢元素,而氧元素则是可能含有。具体判断方法是:如果二氧化碳中碳元素质量与水中氢元素质量之和等于化合物质量,说明化合物中没有氧元素;如果二氧化碳中碳元素质量与水中氢元素质量之和小于化合物质量,那就说明化合物中含有氧元素。

5,化学反应中化学式的确定

我们再来看一个化学方程式:O₂ + 2SO₂ = 2X,如何确定 X 的化学式呢?这同样要依据质量守恒定律。在化学反应前后,原子的种类和数目都不变。反应前有 2 个氧原子和 2 个硫原子,反应后也应该有相同数量的原子。现在方程式右边有 2 个 X,所以每个 X 中应该含有 1 个硫原子和 3 个氧原子,即 X 的化学式为 SO₃。

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